Παραμετρικός κανόνας για τον προγραμματισμό και τη διαχείριση συστημάτων πολλών ταμιευτήρων

I. Nalbantis, and D. Koutsoyiannis, A parametric rule for planning and management of multiple reservoir systems, Water Resources Research, 33 (9), 2165–2177, doi:10.1029/97WR01034, 1997.

[Παραμετρικός κανόνας για τον προγραμματισμό και τη διαχείριση συστημάτων πολλών ταμιευτήρων]

[doc_id=41]

[Αγγλικά]

Διατυπώνεται και ελέγχεται ένας παραμετρικός κανόνας για τη λειτουργία συστημάτων πολλών ταμιευτήρων. Πρόκειται για μια γενίκευση του γνωστού χωρικού κανόνα, σε τρόπο ώστε να λαμβάνεται ταυτόχρονα υπόψη, εκτός από τον καθιερωμένο στόχο της αποφυγής άσκοπων υπερχειλίσεων, και μια σειρά άλλων λειτουργικών στόχων όπως: αποφυγή υπόγειων διαφυγών, αποφυγή προβλημάτων μεταφοράς νερού, θεώρηση των επιπτώσεων της τοπολογίας του συστήματος ταμιευτήρων, και εξασφάλιση της ικανοποίησης των δευτερευουσών χρήσεων. Εξάγονται θεωρητικές τιμές για τις παραμέτρους του κανόνα για καθέναν από τους παραπάνω στόχους μεμονωμένα. Στην πραγματικότητα, οι παράμετροι προσδιορίζονται σε τρόπο ώστε να βελτιστοποιούνται μια ή περισσότερες αντικειμενικές συναρτήσεις που επιλέγονται ανάλογα με το πρόβλημα. Ο παραμετρικός κανόνας εμφυτεύεται σε ένα μοντέλο προσομοίωσης έτσι ώστε η βελτιστοποίηση να γίνεται με επαναληπτικές προσομοιώσεις της λειτουργίας του συστήματος, ορίζοντας σε κάθε επανάληψη διαφορετικές παραμέτρους του κανόνα. Η μέθοδος ελέγχεται για μια συγκεκριμένη περίπτωση συστήματος πολλών ταμιευτήρων, την περίπτωση του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας, στο οποίο ενυπάρχουν όλοι οι πιο πάνω λειτουργικοί στόχοι. Αντιμετωπίζονται δύο προβλήματα στο επίπεδο του σχεδιασμού. Στο πρώτο μεγιστοποιείται η απόληψη από το σύστημα για ένα προκαθορισμένο αποδεκτό επίπεδο πιθανότητας αστοχίας. Στο δεύτερο ελαχιστοποιείται το ετήσιο κόστος λειτουργίας για δεδομένα επίπεδα απολήψεων και πιθανότητας αστοχίας. Στην εφαρμογή χρησιμοποιείται ένα λεπτομερειακό μοντέλο προσομοίωσης του συστήματος. Η ανάλυση ευαισθησίας του συνόλου παραμέτρων του κανόνα αποκάλυψε της ύπαρξη ενός υποσυνόλου μη ευαίσθητων παραμέτρων, πράγμα που επέτρεψε την απλοποίηση του κανόνα. Τέλος ο κανόνας επικυρώνεται μέσω της σύγκρισης με ένα αριθμό ευρετικών κανόνων, που επίσης εφαρμόστηκαν εναλλακτικά για το υδροδοτικό σύστημα της Αθήνας.

PDF Πλήρες κείμενο (452 KB)

PDF Συμπληρωματικό υλικό:

Βλέπε επίσης: http://dx.doi.org/10.1029/97WR01034

Σημείωση:

Η μεθοδολογία αξιοποιήθηκε στην ανάπτυξη του λογισμικού πακέτου "ΥΔΡΟΝΟΜΕΑΣ" (εκδόσεις 1 και 2).

Εργασίες μας στις οποίες αναφέρεται αυτή η εργασία:

1. Δ. Κουτσογιάννης, και Θ. Ξανθόπουλος, Αξιοπιστία και ασφάλεια του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας, Πρακτικά της ημερίδας: Προοπτικές επίλυσης του υδροδοτικού προβλήματος της Αθήνας, επιμέλεια Δ. Κουτσογιάννης, Αθήνα, 91–100, doi:10.13140/RG.2.1.1980.6968, Γ. Φούντας, 1990.
2. D. Koutsoyiannis, A nonlinear disaggregation method with a reduced parameter set for simulation of hydrologic series, Water Resources Research, 28 (12), 3175–3191, doi:10.1029/92WR01299, 1992.
3. I. Nalbantis, D. Koutsoyiannis, and Th. Xanthopoulos, Modelling the Athens water supply system, Water Resources Management, 6, 57–67, doi:10.1007/BF00872188, 1992.
4. I. Nalbantis, N. Mamassis, et D. Koutsoyiannis, Le phénomène recent de sécheresse persistante et l' alimentation en eau de la cité d' Athènes, Publications de l'Association Internationale de Climatologie, 6eme Colloque International de Climatologie, edité par P. Maheras, Thessaloniki, 6, 123–132, doi:10.13140/RG.2.1.4430.1041, Association Internationale de Climatologie, Aix-en-Provence Cedex, France, 1993.

Εργασίες μας που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία:

1. D. Koutsoyiannis, Optimal decomposition of covariance matrices for multivariate stochastic models in hydrology, Water Resources Research, 35 (4), 1219–1229, doi:10.1029/1998WR900093, 1999.
2. D. Koutsoyiannis, A. Efstratiadis, and G. Karavokiros, A decision support tool for the management of multi-reservoir systems, Journal of the American Water Resources Association, 38 (4), 945–958, doi:10.1111/j.1752-1688.2002.tb05536.x, 2002.
3. I. Nalbantis, E. Rozos, G. M. T. Tentes, A. Efstratiadis, and D. Koutsoyiannis, Integrating groundwater models within a decision support system, Proceedings of the 5th International Conference of European Water Resources Association: "Water Resources Management in the Era of Transition", edited by G. Tsakiris, Athens, 279–286, European Water Resources Association, 2002.
4. D. Koutsoyiannis, and A. Economou, Evaluation of the parameterization-simulation-optimization approach for the control of reservoir systems, Water Resources Research, 39 (6), 1170, doi:10.1029/2003WR002148, 2003.
5. D. Koutsoyiannis, G. Karavokiros, A. Efstratiadis, N. Mamassis, A. Koukouvinos, and A. Christofides, A decision support system for the management of the water resource system of Athens, Physics and Chemistry of the Earth, 28 (14-15), 599–609, doi:10.1016/S1474-7065(03)00106-2, 2003.
6. Δ. Κουτσογιάννης, και Α. Ευστρατιάδης, Εμπειρία από την ανάπτυξη συστημάτων υποστήριξης αποφάσεων για τη διαχείριση μεγάλης κλίμακας υδροσυστημάτων της Ελλάδας, Πρακτικά της Ημερίδας " Μελέτες και Έρευνες Υδατικών Πόρων στον Κυπριακό Χώρο", επιμέλεια Ε. Σιδηρόπουλος και Ι. Ιακωβίδης, Λευκωσία, 159–180, Τμήμα Αναπτύξεως Υδάτων Κύπρου, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη, 2003.
7. A. Efstratiadis, D. Koutsoyiannis, and D. Xenos, Minimizing water cost in the water resource management of Athens, Urban Water Journal, 1 (1), 3–15, doi:10.1080/15730620410001732099, 2004.
8. Δ. Κουτσογιάννης, Παλιότερες και σύγχρονες υδρολογικές θεωρήσεις στο σχεδιασμό και τη διαχείριση των ταμιευτήρων, των φραγμάτων και των υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων (Προσκεκλημένη ομιλία), 1ο Πανελλήνιο Συνέδριο Μεγάλων Φραγμάτων, Λάρισα, doi:10.13140/RG.2.1.3213.5922, Ελληνική Επιτροπή Μεγάλων Φραγμάτων, Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας, 2008.
9. D. Koutsoyiannis, Hurst-Kolmogorov dynamics and uncertainty, Journal of the American Water Resources Association, 47 (3), 481–495, doi:10.1111/j.1752-1688.2011.00543.x, 2011.
10. Α. Ευστρατιάδης, Προσομοίωση και βελτιστοποίηση διαχείρισης υδροδοτικού συστήματος Αθήνας, 28 pages, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Ιανουάριος 2012.
11. E. Rozos, and C. Makropoulos, Source to tap urban water cycle modelling, Environmental Modelling and Software, 41, 139–150, doi:10.1016/j.envsoft.2012.11.015, Elsevier, 1 March 2013.
12. Α. Ευστρατιάδης, Δ. Μπουζιώτας, και Δ. Κουτσογιάννης, Σύστημα υποστήριξης αποφάσεων για τη διαχείριση υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων – Εφαρμογή στο υδροσύστημα Αχελώου-Θεσσαλίας, Πρακτικά 2ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Φραγμάτων και Ταμιευτήρων, Αθήνα, Αίγλη Ζαππείου, doi:10.13140/RG.2.1.1952.0244, Ελληνική Επιτροπή Μεγάλων Φραγμάτων, 2013.
13. I. Tsoukalas, and C. Makropoulos, Multiobjective optimisation on a budget: Exploring surrogate modelling for robust multi-reservoir rules generation under hydrological uncertainty, Environmental Modelling and Software, 69, 396–413, doi:10.1016/j.envsoft.2014.09.023, 2015.

Άλλες εργασίες που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία: Δείτε τις στο Google Scholar ή στο ResearchGate

Άλλες εργασίες που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία (αυτός ο κατάλογος μπορεί να μην είναι ενημερωμένος):

1. Lund, J.R., and J. Guzman, Derived operating rules for reservoirs in series or in parallel, Journal of Water Resources Planning and Management-ASCE, 125(3), 143-153, 1999.
2. Montaseri, M., and A. J. Adeloye, Critical period of reservoir systems for planning purposes, Journal of Hydrology, 224(3-4), 115-136, 1999.
3. Adeloye, A.J., and M. Montaseri, Predicting critical period to characterise over-year and within-year reservoir systems, Water Resources Management, 13(6), 383-407, 1999.
4. #ReVelle, C., Optimizing Reservoir Resources - Including a New Model for Reservoir Reliability, Wiley, New York, 1999.
5. Adeloye, A.J., N.R. Nawaz and M. Montaseri, Climate change water resources planning impacts incorporating reservoir surface net evaporation fluxes: A case study, International Journal of Water Resources Development, 15(4), 561-581, 1999.
6. #de Cruz, G. Jr., and S. Soares, General composite representation of hydroelectric systems, Power Industry Computer Applications, 1999 (PICA '99), Proceedings of the 21st 1999 IEEE International Conference, 177-182, 1999.
7. Tate, E.L., and F.A.K. Farquharson, Simulating reservoir management under the threat of sedimentation: The case of Tarbela dam on the River Indus, Water Resources Management, 14(3) 191-208, 2000.
8. Schwartz, S.S., Multiobjective management of Potomac River consumptive use, Journal of Water Resources Planning and Management - ASCE, 126(5) 277-287, 2000.
9. ReVelle, C., Research challenges in environmental management, European Journal of Operational Research, 121(2), 218-231, 2000.
10. Adeloye, A. J., M. Montaseri and C. Garmann, Curing the misbehavior of reservoir capacity statistics by controlling shortfall during failures using the modified sequent peak algorithm, Water Resources Research, 37(1), 73-82, 2001.
11. #Nagy, I.V., D.K. Asante-Duah and I. Zsuffa, Hydrological Dimensioning and Operation of Reservoirs: Practical Design, 240 pages, Springer (ISBN 1402004389), 2002.
12. Dolling, O.R., and E.A.V. Castellon, Decision support system for the operation of multi-purpose water resource systems, SARH-2000, Ing. Hidraul. Mex., 18 (1), 85-104, 2003.
13. Bessler, F.T., D.A. Savic and G.A. Walters, Water reservoir control with data mining, Journal of Water Resources Planning and Management-ASCE, 129 (1), 26-34, 2003.
14. Mousavi, S.J., K. Ponnambalam and F. Karray, Reservoir operation using a dynamic programming fuzzy rule-based approach, Water Resources Management, 19(5), 655-672, 2005.
15. Dolling, O.R., and E.A. Varas, Decision support model for operation of multi-purpose water resources systems, Journal of Hydraulic Research, 43(2), 115-124, 2005.
16. #McMahon, T.A., and A.J. Adeloye, Water Resources Yield, Water Resources Publication, 234 pages (ISBN 1887201386), 2005.
17. #Chou, F.N.-F., C.-W. Wu and C.-H. Lin, Simulating multi-reservoir operation rules by network flow model, Operating Reservoirs in Changing Conditions - Proceedings of the Operations Management 2006 Conference, 335-344, 2006.
18. #Bravo, J. M., W. Collischonn, J. V. Pilar & C. Depettris, Técnica de parametrización, simulación y optimización para definición de reglas de operación en repressa, Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2006, Universidad Nacional Del Nordeste, 2006.
19. #Bravo, J.M., W. Collischonn, J.V. Pilar and C.E.M. Tucci, Otimização de regras de operação de reservatórios utilizando um algoritmo evolutivo, Anais do I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudeste, ABRH, 2006.
20. #Bravo, J. M., W. Collischonn and J. V. Pilar, Optimización de la operación de una represa con múltiples usos utilizando un algoritmo evolutivo, Anales del IV Congreso argentino de presas y aprovechamientos hidroeléctricos, CADP, 2006.
21. #Bravo, J. M., W. Collischonn, C. E. M. Tucci and B. C. da Silva, Avaliação dos benefícios da previsão meteorológica na operação de reservatórios com usos múltiplos, Concurso I Prêmio INMET de Estudos sobre os Benefícios da Meteorologia para o Brasil, 2006.
22. #Bravo, J. M., W. Collischonn, J. V. Pilar, B. C. da Silva & C. E. M. Tucci, Evaluación de los beneficios de la previsión de caudal en la Operación de una represa, Anales del XXI congreso Nacional del Agua, 2007.
23. #McCartney, M.P., Decision Support Systems for Large Dam Planning and Operation in Africa, IWMI Working Paper 119, 47 pp. International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka, 2007.
24. #Sechi, G.M., and A. Sulis, Mixed simulation-optimization technique for complex water resource system analysis under drought conditions, Methods and Tools for Drought Analysis and Management, ed. by G. Rossi et al., 217-238, Springer, 2007.
25. Bravo, J. M., W. Collischonn, J. V. Pilar, & C. E. M. Tucci, Otimização de regras de operação de reservatórios com incorporação da previsão de vazão, Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 13(1), 181-196, 2008.
26. Ilich, N., Shortcomings of linear programming in optimizing river basin allocation, Water Resources Research, 44, W02426, doi:10.1029/2007WR006192, 2008.
27. Jain, S.K. and P.K. Bhunya, Reliability, resilience and vulnerability of a multipurpose storage reservoir, Hydrological Sciences Journal, 53(2): 434-447, 2008.
28. Sechi, G. M., and A. Sulis, Water system management through a mixed optimization-simulation approach, Journal of Water Resources Planning and Management, 135(3), 160-170, 2009.
29. Jothiprakash, V., and G. Shanthi, Comparison of Policies Derived from Stochastic Dynamic Programming and Genetic Algorithm Models, Water Resources Management, 23(8), 1563-1580, 2009.
30. Celeste, A. B, and Billib, M., Evaluation of stochastic reservoir operation optimization models, Advances in Water Resources, 32 (9), 1429-1443, 2009.
31. Rani, D., and M. M. Moreira, Simulation–optimization modeling: A survey and potential application in reservoir systems operation, Water Resources Management, 24 (6), 1107-1138, 2010.
32. Liu, P., S. Guo, X. Xu and J. Chen, Derivation of aggregation-based joint operating rule curves for cascade hydropower reservoirs, Water Resources Management, 25 (13), 3177-3200, 2011.
33. Guo, X.-N., T.-S. Hu, B. Huang and Y.-C. Han, Joint operation rules for multi-reservoir water supply system based on the model of simulation and optimization, Shuili Xuebao/Journal of Hydraulic Engineering, 42 (6), 705-712, 2011.
34. Joshi, M. L. P., and K. R. Reddy, System approach to the optimal operation of Srisailam reservoir, International Journal of Civil Engineering Applications Research, 03 (03), 129-136, 2012.
35. Guo, X., T. Hu, X. Zeng and X. Li, Extension of parametric rule with the Hedging Rule for managing multi‐reservoir system during droughts, J. Water Resour. Plann. Manage., 139 (2), 139-148, 2013.
36. Guo, X., T. Hu, C. Wu, T. Zhang and Y. Lv, Multi-objective optimization of the proposed multi-reservoir operating policy using improved NSPSO, Water Resources Management, 2137-2153, 2013.
37. Portoghese, I., E. Bruno, P. Dumas, N. Guyennon, S. Hallegatte, J.-C. Hourcade, H. Nassopoulos, G. Pisacane, M. V. Struglia and M. Vurro, Impacts of climate change on freshwater bodies: Quantitative aspects, Regional Assessment of Climate Change in the Mediterranean, Advances in Global Change Research (eds. A. Navarra and L. Tubiana), 50, 241-306, 10.1007/978-94-007-5781-3_9, 2013.
38. Lerma, N., J. Paredes-Arquiola, J. Andreu, and A. Solera, Development of operating rules for a complex multi-reservoir system by coupling genetic algorithms and network optimization, Hydrological Sciences Journal, 58 (4), 797-812, 2013.
39. Xu, W., Y. Peng and B. Wang, Evaluation of optimization operation models for cascaded hydropower reservoirs to utilize medium range forecasting inflow, Science China Technological Sciences, 10.1007/s11431-013-5346-7, 2013.
40. Ilich, N., An effective three-step algorithm for multi-site generation of stochastic weekly hydrological time series, Hydrological Sciences Journal, 59 (1), 85-98, 2014.
41. Demertzi, Κ. Α., D. Μ. Papamichail, P. Ε. Georgiou, D. N. Karamouzis and V.G. Aschonitis , Assessment of rural and highly seasonal tourist activity plus drought effects on reservoir operation in a semi-arid region of Greece using the WEAP model, Water International, 39 (1), 23-34, 2014.
42. Asadzadeh, M., S. Razavi, B. A. Tolson, and D. Fay, Pre-emption strategies for efficient multi-objective optimization: Application to the development of Lake Superior regulation plan, Environmental Modelling and Software, 54, 128-141, 2014.
43. Li, L., P. Liu, D. E. Rheinheimer, C. Deng and Y. Zhou, Identifying explicit formulation of operating rules for multi-reservoir systems using genetic programming, Water Resources Management, 10.1007/s11269-014-0563-9, 2014.
44. Giuliani, M., J. D. Herman, A. Castelletti and P. Reed, Many-objective reservoir policy identification and refinement to reduce policy inertia and myopia in water management, Water Resources Research, 10.1002/2013WR014700, 2014.
45. Liu, P., L. Li, G. Chen and D. E. Rheinheimer, Parameter uncertainty analysis of reservoir operating rules based on implicit stochastic optimization, Journal of Hydrology, 10.1016/j.jhydrol.2014.04.012, 2014.
46. #Biglarbeigi, P., M. Giuliani and A. Castelletti, Many-objective direct policy search in the Dez and Karoun multireservoir system, Iran, ASCE World Water and Environmental Resources Congress, Portland, OR., USA, 2014.
47. #Meseguer, J., G. Cembrano, J. M. Mirats, and E. Bonada, Optimizing operating rules of multiple source water supply systems in terms of system reliability and resulting operating costs: survey of simulation-optimization modeling approaches based on general purpose tools, 11th International Conference on Hydroinformatics, New York City, USA, 2014.
48. Makropoulos, C. , Thinking platforms for smarter urban water systems: fusing technical and socio-economic models and tools, Geological Society, London, Special Publications, 408, SP408-4, 2014.
49. Fang, H., T. Hu, X. Zeng and X. Guo, Derived allocation rules for reservoirs in parallel based on balancing curves, Huazhong Keji Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal of Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition), 42 (7), 44-49, 2014.
50. Mateo, C. M., N. Hanasaki, D. Komori, K. Tanaka, M. Kiguchi, A. Champathong, D. Yamazaki and T. Oki, Assessing the impacts of reservoir operation to floodplain inundation by combining hydrological, reservoir management, and hydrodynamic models, Water Resources Research, 10.1002/2013WR014845, 2014.
51. Peng, AB., Y. Peng, HC. Zhou and C. Zhang, Multi-reservoir joint operating rule in inter-basin water transfer-supply project, Science China Technological Sciences, 10.1007/s11431-014-5641-y, 2014.
52. Hu, T.-S., X. Zeng, X.-N. Guo and H.-B. Fang,Analytical operating rule for parallel multi-reservoir system I. Two period model, Shuili Xuebao/Journal of Hydraulic Engineering, 45 (8), 883-891, 2014.
53. Razavi, S., M. Asadzadeh, B. Tolson, D. Fay, S. Moin, J. Bruxer and Y. Fan, Evaluation of new control structures for regulating the great lakes system: multiscenario, multireservoir optimization approach, Journal Of Water Resources Planning and Management, 140 (8), 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000375, 2014.
54. Hu, T.-S., H.-B. Fang, X. Zeng and X.-N. Guo, Derived storage allocation rules for two reservoirs in parallel, Shuili Xuebao/Journal of Hydraulic Engineering, 45 (10), 1156-1164, 2014.
55. Guo, X., T. Hu, H. Fang, X. Zeng, X. Lei and Y. Jiang, Advances in research using joint operating rule for multi-reservoirs water supply, Shuili Fadian Xuebao/Journal of Hydroelectric Engineering, 34 (1), 23-28, 2015.
56. Li, Y., Y. Peng, J. Chu, H. Zhou and C. Zhang, Common tasks allocation problem of water supply for a complex multi-reservoir system, Shuili Xuebao/Journal of Hydraulic Engineering, 46 (1), 83-90, 2015.
57. Ho, V.H., I. Kougias, and J.H. Kim, Reservoir operation using hybrid optimization algorithms, Global Nest Journal, 17 (1), 103-117, 2015.
58. Giuliani, M., A. Castelletti, F. Pianosi, E. Mason and P. Reed, curses, tradeoffs, and scalable management: advancing evolutionary multiobjective direct policy search to improve water reservoir operations, J. Water Resour. Plann. Manage., 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000570, 04015050, 2015.
59. Chu, J., C. Zhang, G. Fu, Y. Li and H. Zhou, Improving multi-objective reservoir operation optimization with sensitivity-informed dimension reduction, Hydrology and Earth System Sciences, 19 (8), 3557-3570, 2015.
60. Salazar, J. Z., P. M. Reed, J. D. Herman, M. Giuliani, and A. Castelletti, A diagnostic assessment of evolutionary algorithms for multi-objective surface water reservoir control, Advances in Water Resources, 92, 172-185, doi:10.1016/j.advwatres.2016.04.006, 2016.
61. Lei, X., Q. Tan, X. Wang, H. Wang, X. Wen, C. Wang, and Z.-W. Zhang, Stochastic optimal operation of reservoirs based on copula functions, Journal of Hydrology, doi:10.1016/j.jhydrol.2017.12.038, 2017.
62. Stamou, A. T., and P. Rutschmann, Pareto optimization of water resources using the nexus approach, Water Resources Management, doi:10.1007/s11269-018-2127-x, 2018.

Κατηγορίες: Βιβλιογραφία μαθήματος: Διαχείριση υδατικών πόρων, Υδροσυστήματα, Βελτιστοποίηση